JPH0218310A - Preparation of zirconium-containing ceramic powder - Google Patents

Preparation of zirconium-containing ceramic powder

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JPH0218310A
JPH0218310A JP63165930A JP16593088A JPH0218310A JP H0218310 A JPH0218310 A JP H0218310A JP 63165930 A JP63165930 A JP 63165930A JP 16593088 A JP16593088 A JP 16593088A JP H0218310 A JPH0218310 A JP H0218310A
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JP
Japan
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powder
zirconium
carbon
zircon
contg
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Application number
JP63165930A
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Japanese (ja)
Inventor
Kenichi Ueda
憲一 上田
Toshihiko Funabashi
敏彦 船橋
Ryoji Uchimura
良治 内村
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JFE Steel Corp
Original Assignee
Kawasaki Steel Corp
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Publication date
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Publication of JPH0218310A publication Critical patent/JPH0218310A/en
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Abstract

PURPOSE:To obtain ZrC-contg. ceramic powder of high purity simply and efficiently by mixing zircon powder with a C-contg. material in a specified proportion, heat-treating the mixture at high temp. in a nonoxidizing atmosphere under reduced pressure, and then pulverizing the heat-treated product. CONSTITUTION:Zircon powder is mixed with a C-contg. material (e.g. carbon black) in 2.3-4.5 proportion by molar ratio (C/SiO2) of C in the C-contg. material to SiO2 in the ZrO2 powder. The mixture is then heat-treated as it is or after it is molded at 1,200-2,000 deg.C in nonoxidizing atmosphere under reduced pressure. Thus, ZrC is generated by proceeding a reaction expressed by the formula, and SiO2 component in the ZrO2 is vaporized simultaneously as SiO vapor out of a reaction system. Thus, the reaction is proceeded in a short time and Zr carbide-contg. ceramic powder is prepd.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は、ジルコニウム系セラミック粉末の製造方法
に関し、特に炭化ジルコニウム(ZrC)粉末や炭化ジ
ルコニウム・−酸化ジルコニウム固溶体(ZrC−Zr
0)粉末などの炭化ジルコニウム系セラミック粉末、並
びに窒化ジルコニウム(ZrN) FA末や窒化ジルコ
ニウム・−酸化ジルコニウム固溶体(ZrN −Zr0
)粉末な、どの窒化ジルコニウム系セラミック粉末をジ
ルコン粉末から簡便かつ効率よく製造しようとするもの
である。
Detailed Description of the Invention (Industrial Application Field) The present invention relates to a method for producing zirconium-based ceramic powder, and in particular to a method for producing zirconium-based ceramic powder, and in particular, zirconium carbide (ZrC) powder and zirconium carbide-zirconium oxide solid solution (ZrC-Zr
0) Zirconium carbide ceramic powder such as powder, zirconium nitride (ZrN) FA powder and zirconium nitride-zirconium oxide solid solution (ZrN-Zr0)
) Powder, which is a zirconium nitride-based ceramic powder, is manufactured simply and efficiently from zircon powder.

炭化ジルコニウムや窒化ジルコニウムはそれぞれ、融点
が約3400℃、約3000℃と高いだけでなく、硬度
も微小硬度テ2000kg/閤”以上、1500kg/
閤”以上と高(、さらには耐熱性や化学的安定性にも優
れているため、各種切削工具材料として、また高温用特
殊セラミックスとして使用されている。
Zirconium carbide and zirconium nitride not only have a high melting point of about 3400℃ and 3000℃, respectively, but also have a hardness of 2000kg/min and 1500kg/min, respectively.
Due to its excellent heat resistance and chemical stability, it is used as a material for various cutting tools and as special ceramics for high temperatures.

(従来の技術) 一般的な炭化ジルコニウムの製造方法としては、■金属
ジルコニウム(Zr)や水素化ジルコニウム(ZrHz
)を炭化する方法、 ■四塩化ジルコニウム(ZrC1n)と水素−炭化水素
混合気体とを加熱反応させる方法、 ■酸化ジルコニウム(ZrOz)と炭素とを混合し、黒
鉛ボートに入れてタンマン炉又は高周波誘導炉で240
0°C程度に加熱する方法、 ■ジルコニウム含有鉱、例えばジルコン(ZrSiOa
)に理論量よりも過剰の炭素を混合し、アーク溶解炉で
還元性雰囲気中2000″C以上の温度で溶融する方法
、 等がある。
(Prior art) As a general method for producing zirconium carbide,
), ■ A method of heating and reacting zirconium tetrachloride (ZrC1n) with a hydrogen-hydrocarbon mixed gas, ■ Mixing zirconium oxide (ZrOz) with carbon, placing it in a graphite boat, and heating it in a Tammann furnace or high-frequency induction. 240 in the furnace
A method of heating to about 0°C; ■Zirconium-containing ores, such as zircon (ZrSiOa
) is mixed with carbon in excess of the theoretical amount and melted in an arc melting furnace at a temperature of 2000''C or higher in a reducing atmosphere.

しかし■、■の方法を実施するには、原料となルZr、
 ZrL又はZrC1aを製造することから始める必要
があるためコストがかさむ。
However, in order to carry out the methods of ■ and ■, the raw materials Zr,
Since it is necessary to start from manufacturing ZrL or ZrC1a, the cost increases.

また■、■の方法では、処理温度が2000°C以上と
高温であるため多大なエネルギーを必要とするばかりで
なく、固くなった生成物を粉砕するにも多大の労力を要
するので、省エネルギーの観点から問題があった。
In addition, methods ① and ② require a large amount of energy because the processing temperature is high, at over 2000°C, and it also takes a lot of effort to crush the hardened product, so it is not energy-saving. There was a problem from that point of view.

そこで■の改善策として特開昭55−51713号公報
に、けい酸ジルコニウムを主成分とする原料たとえばジ
ルコンサンドに理論量よりも過剰の炭素を配合し、アチ
ソン炉等にて加熱することによりZrCおよびSiCを
生成させ、これらを比重差により分離して炭化ジルコニ
ウムを得る方法が提案された。
Therefore, as an improvement measure for (1), Japanese Patent Application Laid-open No. 55-51713 discloses that a raw material containing zirconium silicate as a main component, such as zircon sand, is blended with carbon in excess of the theoretical amount and heated in an Acheson furnace. A method has been proposed in which zirconium carbide is obtained by producing zirconium carbide and SiC and separating them based on the difference in specific gravity.

この方法は、原料が安価であるだけでなく大量生産が可
能であり、またアーク溶解炉を用いる方法に比べてより
低温で製造できるために、粉砕の労力が少なくてすむと
、いうメリットがあるが、反面ZrCとSiCとを分離
するという手間がかかり、純度的にも高純度のものを得
ることは困難であった。
This method has the advantage that not only the raw materials are cheap, but also mass production is possible, and since it can be manufactured at a lower temperature than the method using an arc melting furnace, it requires less labor for pulverization. However, on the other hand, it took time and effort to separate ZrC and SiC, and it was difficult to obtain a product with high purity.

次に窒化ジルコニウムの一般的な製造方法としては、 (1)金属ジルコニウム又は水素化ジルコニウムを窒化
する方法、 (2)四塩化ジルコニウムに還元剤として(A1. M
gなと)の金属を加え、窒素ガス流通下で熱処理する方
法、 (3)酸化ジルコニウムを炭素共存下で窒化する方法、
等がある。
Next, general methods for producing zirconium nitride include (1) a method of nitriding metal zirconium or zirconium hydride, (2) a method of adding zirconium tetrachloride as a reducing agent (A1.
(3) a method of nitriding zirconium oxide in the coexistence of carbon;
etc.

しかしく1)の方法では、原料となる金属ジルコニウム
を製造するのに多大なエネルギーを必要とするため工業
的でない。またとくに、水素化ジルコニウムの窒化は微
粉の窒化ジルコニウムを得るのに適しているとはいえ、
水素化ジルコニウムと窒素との反応は発熱反応でありか
つ反応中に多量の水素を発生するので爆発の危険性があ
る。さらに(1)、 (2)の方法では、原料として高
゛価なZr、 ZrHt又はZrC1mが必要なためコ
ストが高くなるという不利が加わる。
However, method 1) requires a large amount of energy to produce metal zirconium as a raw material, and is therefore not industrially practical. In particular, although nitriding of zirconium hydride is suitable for obtaining fine powder of zirconium nitride,
The reaction between zirconium hydride and nitrogen is an exothermic reaction and generates a large amount of hydrogen during the reaction, posing the risk of explosion. Furthermore, methods (1) and (2) require high-value Zr, ZrHt, or ZrC1m as raw materials, which adds to the disadvantage of increased costs.

また(3)の方法では、原料は比較的安価なZr0zで
あるためコスト的な問題はないが、処理温度が2000
℃以上と高温であるため、多大なエネルギーを必要とし
、しかも窒化反応中に窒化ジルコニウム粉末や原料の酸
化ジルコニウム粉末が焼結して窒化反応が阻害されて生
成される窒化ジルコニウム粉末中に酸化ジルコニウムが
残ってしまう不利がある他、生成物を粉砕するのに多大
の労力を必要とするなどの問題もあった。
In addition, in method (3), the raw material is relatively inexpensive Zr0z, so there is no cost problem, but the processing temperature is 2000
Because the temperature is high (over ℃), a large amount of energy is required, and the zirconium nitride powder and raw material zirconium oxide powder are sintered during the nitriding reaction, inhibiting the nitriding reaction and containing zirconium oxide. In addition to the disadvantage that the product remains, there are also other problems such as requiring a great deal of labor to crush the product.

そこで、特開昭60−186407号公報においては、
(3)の方法に属する窒化ジルコニウム粉末の製造方法
に関し、酸化ジルコニウムをアルカリ土類金属(例えば
Mg)の1種以上の存在下で窒素気流中で加熱すること
によりZrNと例えばMgO,MgzN3との混合粉末
を製造し、これらを酸処理して水洗後、遠心分離等を行
うことによりZrN粉末を得る方法が提案された。
Therefore, in Japanese Patent Application Laid-open No. 60-186407,
Regarding the method for producing zirconium nitride powder belonging to method (3), ZrN is combined with, for example, MgO, MgzN3 by heating zirconium oxide in a nitrogen stream in the presence of one or more alkaline earth metals (for example, Mg). A method has been proposed in which mixed powders are produced, treated with acid, washed with water, and then subjected to centrifugal separation to obtain ZrN powder.

この方法は、比較的皮価なZr01を原料として用い、
かつ低温でZrNを製造することができるけれども、酸
処理等などZrNを分離する余分の工程が必要であった
This method uses Zr01, which has a relatively high skin price, as a raw material,
Although ZrN can be produced at low temperatures, additional steps such as acid treatment and the like are required to separate ZrN.

(発明が解決しようとする課B) この発明は、上述した諸問題を有利に解決して炭化ジル
コニウム粉末や窒化ジルコニウム粉末を粉末分離工程を
必要とせず、安価に効率良く大量生産し得る製造方法を
提案することを第1の目的とする。
(Problem B to be Solved by the Invention) This invention advantageously solves the above-mentioned problems and provides a manufacturing method that enables mass production of zirconium carbide powder and zirconium nitride powder at low cost and efficiently without the need for a powder separation process. The first purpose is to propose the following.

また、この発明は、炭化ジルコニウム・−酸化ジルコニ
ウム固溶体粉末や窒化ジルコニウム・−酸化ジルコニウ
ム固溶体粉末を、粉末分離工程を必要とせず、安価に効
率よく大量生産し得る製造方法を提案することを第2の
目的とする。
A second object of the present invention is to propose a manufacturing method that can efficiently mass-produce zirconium carbide/zirconium oxide solid solution powder or zirconium nitride/zirconium oxide solid solution powder at low cost without requiring a powder separation process. The purpose of

(課題を解決するための手段) さて発明者らは、粉末分離工程の必要なしに高純度の炭
化ジルコニウム粉末や窒化ジルコニウム粉末を製造でき
る方法について鋭意研究を重ねた結果、原料としてジル
コンを用い、これに炭素を適正割合で配合した後、減圧
下で熱処理を施すことによりジルコン中のSiO□成分
がSiO蒸気として効率よく除去され、かくして上記の
目的を有利に解決されることの知見を得た。
(Means for Solving the Problem) As a result of extensive research into a method for producing high-purity zirconium carbide powder and zirconium nitride powder without the need for a powder separation process, the inventors found that using zircon as a raw material, It was found that by adding carbon to this in an appropriate proportion and then heat-treating it under reduced pressure, the SiO□ component in zircon can be efficiently removed as SiO vapor, thus achieving the above objective advantageously. .

また炭化ジルコニウム粉末や窒化ジルコニウム粉末を得
る上記の研究中、ジルコンと炭素との配合割合を変えて
やれば炭化ジルコニウム・−酸化ジルコニウム固溶体粉
末や窒化ジルコニウム・−酸化ジルコニウム固溶体粉末
が同じく分離工程の必要なしに有利に得られることも併
せて突き止めた。
In addition, during the above research to obtain zirconium carbide powder and zirconium nitride powder, if the blending ratio of zircon and carbon is changed, zirconium carbide-zirconium oxide solid solution powder and zirconium nitride-zirconium oxide solid solution powder also require a separation process. We have also discovered that it can be advantageously obtained without using the same method.

ここに、炭化ジルコニウム・−酸化ジルコニウム固溶体
粉末や窒化ジルコニウム・−酸化ジルコニウム固溶体粉
末は、炭化ジルコニウム、窒化ジルコニウムと同様高融
点、高硬度であり、耐熱性、化学的安定性にも優れてい
る等の性質を備えていて、上記粉末を用いて製造した焼
結体は各種切削工具、高温用特殊セラミックなどの用途
に極めて有用なものである。
Here, zirconium carbide/zirconium oxide solid solution powder and zirconium nitride/zirconium oxide solid solution powder have a high melting point and high hardness similar to zirconium carbide and zirconium nitride, and also have excellent heat resistance and chemical stability. The sintered body produced using the above-mentioned powder is extremely useful for various cutting tools, special ceramics for high temperature use, etc.

なお上記の製造工程中、原料にSin、成分が残留して
いる初期の脱珪締には、ジルコニウムのけい化物(Zr
Si、 Zr5Six等)の生成する領域より低温、高
圧側で減圧熱処理することがより有利であることも判明
した。
During the above manufacturing process, zirconium silicide (Zr
It has also been found that it is more advantageous to perform the reduced pressure heat treatment at a lower temperature and higher pressure than the region where Si, Zr5Six, etc.) are generated.

この発明は、上記の知見に立脚するものである。This invention is based on the above knowledge.

すなわちこの発明は、ジルコン粉末と炭素含有物とを、
ジルコン粉末中のSiO2に対する炭素含有物中の炭素
のモル比(C/5iOz)が2.3〜4.5を満足する
割合にて混合し、得られた混合物をそのまま又は成形体
にしたのち、減圧下の非酸化性雰囲気中において120
0〜2000°Cの温度範囲で熱処理を施し、しかるの
ち粉砕することを特徴とする炭化ジルコニウム系セラミ
ック粉末の製造方法である。
That is, this invention combines zircon powder and carbon-containing material,
After mixing at a ratio that satisfies the molar ratio of carbon in the carbon-containing material (C/5iOz) to SiO2 in the zircon powder from 2.3 to 4.5, and making the resulting mixture as it is or into a molded body, 120 in a non-oxidizing atmosphere under reduced pressure
This is a method for producing zirconium carbide ceramic powder, which is characterized by subjecting the powder to heat treatment in a temperature range of 0 to 2000°C and then pulverizing it.

またジルコン粉末と炭素含有物とを、ジルコン粉末中の
SiO2に対する炭素含有物中の炭素のモル比(C/5
iOz)が2.3〜3.5を満足する割合にて混合し、
得られた混合物をそのまま又は成形体にしたのち、減圧
下の窒化性雰囲気中において1200〜2000°Cの
温度範囲で熱処理を施し、しかるのち粉砕することを特
徴とする窒化ジルコニウム系セラミック粉末の製造方法
である。
In addition, the zircon powder and the carbon-containing material are mixed at a molar ratio of carbon in the carbon-containing material to SiO2 in the zircon powder (C/5
iOz) mixed at a ratio that satisfies 2.3 to 3.5,
Production of zirconium nitride-based ceramic powder, characterized in that the obtained mixture is heated as it is or formed into a compact, heat-treated in a nitriding atmosphere under reduced pressure in a temperature range of 1200 to 2000°C, and then pulverized. It's a method.

ここに上記の製造工程中、熱処理は、0.O1〜0.6
気圧下における、1350〜1550″Cの温度での第
1段熱処理と、1550〜2000’Cの温度での第2
段熱処理とからなることがとりわけ好ましい。
Here, during the above manufacturing process, the heat treatment is performed at a temperature of 0. O1~0.6
A first stage heat treatment at a temperature of 1350-1550'C and a second stage heat treatment at a temperature of 1550-2000'C under atmospheric pressure.
It is particularly preferable that the treatment be performed by step heat treatment.

(作 用) この発明に従い減圧下にて熱処理を行うことにより、ジ
ルコン中のSin、成分をSiO蒸気として揮散させる
ことが容易となる。このため炭化ジルコニウム系セラミ
ック粉末では、前掲特開昭5B−51713号公報に開
示の方法のように5iOz成分をSiCまで還元・炭化
する必要がなくなるのでC/5iOz比を4.5以下に
することができ、ひいてはZrCとSiCとの分離とい
う工程も不要となるのである。
(Function) By performing heat treatment under reduced pressure according to the present invention, it becomes easy to volatilize the Sin and components in zircon as SiO vapor. For this reason, in the case of zirconium carbide ceramic powder, there is no need to reduce and carbonize the 5iOz component to SiC as in the method disclosed in JP-A-5B-51713 mentioned above, so the C/5iOz ratio should be 4.5 or less. This also eliminates the need for the process of separating ZrC and SiC.

また窒化ジルコニウム系セラミック粉末では、前掲特開
昭60−186407号公報に開示の方法のような特別
な添加剤は不要となるので、副生成物が生成されること
はなく、したがって分離工程も不要となるのである。
Furthermore, zirconium nitride ceramic powder does not require any special additives as in the method disclosed in JP-A No. 60-186407, so no by-products are generated and therefore no separation step is required. It becomes.

さらに反応時間が短、縮される。熱処理時間は、処理量
によっても変化するが、2時間程度で十分反応が終了す
る。
Furthermore, the reaction time is shortened. The heat treatment time varies depending on the amount of treatment, but the reaction is sufficiently completed in about 2 hours.

この発明で使用するジルコン粉末としては、高純度であ
ってZrO,とSiO□成分以外の不純物成分はなるべ
く少ないものが好ましく、例えば通常のジルコンサンド
を粉砕したものが有利に適合する。
The zircon powder used in this invention preferably has high purity and contains as few impurity components as possible other than ZrO and SiO□ components. For example, powder obtained by grinding ordinary zircon sand is advantageously suitable.

またジルコン粉末の粒径については、炭素との反応を速
やかに進行させる上で細かい方が望ましい、具体的には
Zr0z + Singが98.5wt%以上の純度で
、粒度が44μ−以下のジルコン粉末が好適である。
Regarding the particle size of the zircon powder, it is preferable that the particle size is smaller in order to promote the reaction with carbon quickly. Specifically, zircon powder with a purity of Zr0z + Sing of 98.5 wt% or more and a particle size of 44 μ- or less is preferable. is suitable.

次にジルコン粉末と混合する炭素含有物としては、生成
粉末の純度を高く保つために、減圧熱処理後に得られる
粉末中に残留する灰分はなるぺ(少ないほうが望ましく
、例えば石油コークス、石油ピッチ、石炭ピッチ又はカ
ーボンブラックなどが有利に適合するけれども、フェノ
ール樹脂やポリエチレンなどのように加熱により炭素を
生成する有機樹脂などを使用することもできる。
Next, as carbon-containing materials to be mixed with the zircon powder, in order to maintain high purity of the resulting powder, the ash content remaining in the powder obtained after the vacuum heat treatment should be reduced (the lower the ash content is, the better; for example, petroleum coke, petroleum pitch, coal, etc.). Although pitch or carbon black are advantageously suitable, organic resins which generate carbon upon heating, such as phenolic resins and polyethylene, can also be used.

さてジルコン粉末中のSiO2に対する炭素含有物中の
炭素の配合割合は、モル比で炭化ジルコニウム系セラミ
ック粉末では2.3〜4.5、窒化ジルコニウム系セラ
ミック粉末では2.3〜3.5の範囲とする必要がある
が、その理由は次のとおりである。
Now, the molar ratio of carbon in the carbon-containing material to SiO2 in the zircon powder is in the range of 2.3 to 4.5 for zirconium carbide ceramic powder and 2.3 to 3.5 for zirconium nitride ceramic powder. The reason for this is as follows.

ジルコンと炭素との反応は次式に従う。The reaction between zircon and carbon follows the following equation.

%式%() 炭化ジルコニウム系セラミック粉末に関し、ZrCを生
成させるためには(4)式の反応を進める必要がある。
% formula % ( ) Regarding zirconium carbide ceramic powder, in order to generate ZrC, it is necessary to proceed with the reaction of formula (4).

またZrO,の生成なしにZrOを生成させるためには
(2)式の反応を進める必要がある。したがってZrO
,の生成を抑制しつつ炭化ジルコニウム粉末又は炭化ジ
ルコニウム・−酸化ジルコニウム固溶体粉末を製造する
ため7には化学量論比でC/5iOzを2.0以上にす
る必要がある。しかしながら実製造においてモル比が2
.3に満たないとZr0gが生成粉末中に混入するので
、この発明ではモル比の下限を2.3に限定した。同じ
く実製造においてC/5iOzが4.5を超えると炭素
が過剰となって生成粉末中に余分な炭素が残留するので
C/5t(hの上限は4.5に限定した。
Further, in order to generate ZrO without generating ZrO, it is necessary to proceed with the reaction of formula (2). Therefore, ZrO
In order to produce zirconium carbide powder or zirconium carbide-zirconium oxide solid solution powder while suppressing the formation of , it is necessary to make the stoichiometric ratio C/5iOz 2.0 or more. However, in actual production, the molar ratio is 2.
.. If it is less than 3, 0 g of Zr will be mixed into the produced powder, so in this invention, the lower limit of the molar ratio is limited to 2.3. Similarly, in actual production, if C/5iOz exceeds 4.5, carbon becomes excessive and excess carbon remains in the produced powder, so the upper limit of C/5t (h was limited to 4.5).

ところで玉揚特開昭55−51713号公報においては
C/Stowを6〜8にする必要があった。それ故Si
Cの混入を免れ得す、その後に分離工程を必要としたの
である。炭素の配合割合は、できるだけZrCの生成理
論値に近いほうが過剰の炭素が残りにくく有利である。
By the way, in the Dokuyo Japanese Unexamined Patent Publication No. 55-51713, it was necessary to set the C/Stow to 6 to 8. Therefore Si
A subsequent separation step was required to avoid C contamination. It is advantageous for the blending ratio of carbon to be as close as possible to the theoretical value for ZrC formation, since excess carbon is less likely to remain.

この点この発明ではC/Stowが理論値近傍で十分Z
rCを製造できるため、より高純度の粉末を容易に得る
ことができるわけである。
In this respect, in this invention, when C/Stow is close to the theoretical value, Z
Since rC can be produced, powder with higher purity can be easily obtained.

窒化ジルコニウム系セラミック粉末に関しても同様であ
り、ZrNを生成させるためには玉揚(3)式の反応を
進める必要がある。またZrO,の生成なしにZrOを
生成させるためには(2)式の反応を進める必要がある
。そこでZr0gの生成を抑制しつつ窒化ジルコニウム
粉末又は窒化ジルコニウム・−酸化ジルコニウム固溶体
粉末を製造するために、C/510gの下限は2.3と
した。一方C/510gが3.5を超えると(3)の反
応を進めるため以上の炭素量となるために生成粉末中に
過剰の炭素が混入しく4)の反応によってZrCが生成
されて生成粉末中に混じってしまう、したがってこの発
明では高純度の粉末を得るためにC/510gを2.3
〜3.5の範囲に限定したのである。
The same applies to zirconium nitride ceramic powder, and in order to generate ZrN, it is necessary to proceed with the doffing (3) reaction. Further, in order to generate ZrO without generating ZrO, it is necessary to proceed with the reaction of formula (2). Therefore, in order to produce zirconium nitride powder or zirconium nitride/zirconium oxide solid solution powder while suppressing the generation of Zr0g, the lower limit of C/510g was set to 2.3. On the other hand, if C/510g exceeds 3.5, excessive carbon will be mixed into the resulting powder to advance the reaction (3), and ZrC will be generated by the reaction 4) and Therefore, in this invention, in order to obtain high purity powder, C/510g is mixed with 2.3
It was limited to a range of 3.5 to 3.5.

なおここでいう炭素含有物中の炭素とは、1000℃以
下で揮発する成分を除去した、脱珪反応(脱SiO2反
応)に関与する固定炭素のことである。
Note that the carbon in the carbon-containing material herein refers to fixed carbon that participates in the desiliconization reaction (desilification reaction) from which components that volatilize at temperatures below 1000° C. have been removed.

ついでかかる混合物をそのまま、又は成形したのち、減
圧雰囲気下において熱処理するわけであるが、この熱処
理は以下の条件で行うことが肝要である。
The mixture is then heat treated in a reduced pressure atmosphere either as it is or after being shaped, and it is important that this heat treatment be carried out under the following conditions.

まず熱処理温度は、1200〜2000°Cの温度範囲
とする。というのは、1200℃に満たないと脱珪反応
に長時間を要するために生産性が悪くなり、一方200
0℃を超えると熱処理のためのエネルギーコストが高く
なるばかりでなく、反応中に粒成長、焼結が進むからで
ある。
First, the heat treatment temperature is in the temperature range of 1200 to 2000°C. This is because if the temperature is less than 1200°C, the desiliconization reaction will take a long time, resulting in poor productivity;
This is because if the temperature exceeds 0°C, not only will the energy cost for heat treatment increase, but also grain growth and sintering will proceed during the reaction.

減圧雰囲気は、炭素含有物の酸化による焼損を避けるた
めに非酸化性であることが必要であり、炭化ジルコニウ
ム系セラミック粉末の場合は、N2、アンモニア等の窒
化性ガスを除<Ar等の不活性ガス雰囲気又はメタンガ
ス、ブタンガス等の還元性ガスが、一方窒化ジルコニウ
ム系セラミック粉末の場合は、窒化を進行させるために
窒化性ガス雰囲気でなくてはならず例えばN8ガス、ア
ンモニア分解ガス等がそれぞれ好適である。
The reduced-pressure atmosphere must be non-oxidizing to avoid burnout due to oxidation of carbon-containing materials, and in the case of zirconium carbide ceramic powder, the atmosphere must be non-oxidizing, excluding nitriding gases such as N2 and ammonia, and excluding non-nitriding gases such as Ar. An active gas atmosphere or a reducing gas such as methane gas or butane gas is used, whereas in the case of nitriding zirconium ceramic powder, a nitriding gas atmosphere is required to promote nitriding, such as N8 gas or ammonia decomposition gas, respectively. suitable.

この発明で特に好適な熱処理条件は次のとおりである。Particularly suitable heat treatment conditions in this invention are as follows.

この発明では熱処理時に減圧下とするが、好ましくは0
.01〜0.6気圧の範囲とする。というのは圧力が0
.6気圧より高いとSiO蒸気の効果的な揮散除去が難
しく、得られる生成粉末中に5iain SiCが残留
して高純度の粉末が得難いからである。また、0.O1
気圧よりも高真空であると、ジルコンの解離によって生
じたZrO□、 SiO□が、還元剤としての炭素が十
分に存在することもあってZr+ stの状態まで直ち
に還元されてしまい、ZrS i等の化合物を生成する
ので、SiO蒸気状態でのSiO□成分の除去が阻げら
れるからである。したがって0.01気圧を超える高真
空にしないでジルコニウムのけい化物の生成領域よりも
低温、かつ高圧側で脱珪反応の処理を行うことが望まし
い。
In this invention, the heat treatment is performed under reduced pressure, but preferably 0
.. The pressure should be in the range of 0.01 to 0.6 atm. That means the pressure is 0
.. This is because if the pressure is higher than 6 atm, it is difficult to effectively volatilize and remove SiO vapor, and 5iain SiC remains in the resulting powder, making it difficult to obtain a high-purity powder. Also, 0. O1
If the vacuum is higher than the atmospheric pressure, ZrO□ and SiO□ produced by the dissociation of zircon will be immediately reduced to the state of Zr+st, partly due to the presence of sufficient carbon as a reducing agent, and ZrSi, etc. This is because the removal of the SiO□ component in the SiO vapor state is inhibited. Therefore, it is desirable to carry out the desiliconization reaction at a lower temperature and higher pressure than the zirconium silicide production region without creating a high vacuum exceeding 0.01 atmosphere.

なお窒化ジルコニウム系セラミック粉末の場合は、窒化
反応を効率良〈実施するためにはできるだけ窒素分圧を
高くすることが望ましく 、0.01気圧以上とするこ
とが好ましい。
In the case of zirconium nitride ceramic powder, in order to carry out the nitriding reaction efficiently, it is desirable to make the nitrogen partial pressure as high as possible, preferably 0.01 atm or higher.

さらに熱処理温度も初め1350〜1550’Cの温度
で処理し、5i(h成分が系外に揮散してから1550
〜2000℃に昇温してZrC又はZrNの製造の高純
度を進めることが好ましい。
Furthermore, the heat treatment temperature was initially 1350 to 1550'C, and 5i (h component was volatilized outside the system,
It is preferable to raise the temperature to ~2000°C to promote high purity production of ZrC or ZrN.

(実施例) 実施例l Zr0gと5t(hとの合計含有量が99.Owtχと
なる平均粒径1.5 amのジルコン粉末と、平均粒径
500人のカーボンブラック7(固定炭素99−tχ、
灰分0.1wtχ)とを、ジルコン粉末中のSin、に
対するカーボンブラック中の固定炭素のモル比(C/S
10w)を種々の割合になるように配合し、十分混合し
た後、金型成形機を用いて10■φX20mHの円筒状
の試料を多数作製した。
(Example) Example 1 Zircon powder with an average particle size of 1.5 am with a total content of Zr0g and 5t(h) of 99.Owtχ, and carbon black 7 with an average particle size of 500 (fixed carbon 99-tχ ,
The molar ratio of fixed carbon in carbon black to Sin in zircon powder (C/S
After mixing thoroughly, a large number of cylindrical samples measuring 10 mm x 20 mH were prepared using a mold forming machine.

これらの成形体に表1に示す種々の熱処理条件で減圧脱
珪炭化処理を施し、得られた粉末にX線回折及び化学分
析を行った。これらの結果も表1に示す。
These molded bodies were subjected to vacuum desilicification treatment under various heat treatment conditions shown in Table 1, and the resulting powders were subjected to X-ray diffraction and chemical analysis. These results are also shown in Table 1.

表1から明らかように、1気圧で処理した比較例4は、
SiC等のシリコン化合物が存在するばかりでなく、未
反応のZrO,・Sin、も残存した。また低温で脱珪
処理した比較例3も未反応のZrO2・5ift粉末が
残存した。炭素量が適切でない比較例1及び2も、Zr
O□が生成したり(比較例1)、炭素が残存したり(比
較例2)した。
As is clear from Table 1, Comparative Example 4 treated at 1 atm.
Not only silicon compounds such as SiC were present, but also unreacted ZrO and .Sin remained. Also, in Comparative Example 3, which was subjected to desiliconization treatment at a low temperature, unreacted ZrO2.5ift powder remained. Comparative Examples 1 and 2 where the carbon content is not appropriate also include Zr
O□ was generated (Comparative Example 1), and carbon remained (Comparative Example 2).

これに対し、この発明に従う条件で処理した適合例1〜
7はいずれも炭化ジルコニウム粉末又は炭化ジルコニウ
ム・−酸化ジルコニウム固溶体粉末を高純度で製造する
ことができた。
On the other hand, conforming examples 1 to 1 processed under the conditions according to the present invention
In each case, zirconium carbide powder or zirconium carbide-zirconium oxide solid solution powder could be produced with high purity.

実施例2 ZrOzとSiO□との合計含有量が99.Owtχと
なる平均粒径1.5μmのジルコン粉末と、平均粒径5
00人のカーボンブラック7(固定炭素99w tχ、
灰分0.■−tχ)とを、ジルコン粉末中のSiO2に
対するカーボンブラック中の固定炭素のモル比(C/5
iOz)を種々の割合になるように配合し、十分混合し
た後、金型成形機を用いて10mmφ×2011III
IHの円筒状の試料を多数作製した。
Example 2 The total content of ZrOz and SiO□ was 99. Zircon powder with an average particle size of 1.5 μm and an average particle size of 5
00 carbon black 7 (fixed carbon 99w tχ,
Ash content 0. -tχ) is the molar ratio of fixed carbon in carbon black to SiO2 in zircon powder (C/5
iOz) in various proportions, thoroughly mixed, and then molded into 10 mmφ x 2011 III using a mold forming machine.
A number of cylindrical IH samples were prepared.

これらの成形体に表2に示す種々の熱処理条件で減圧脱
珪窒化処理を施し、得られた粉末にX線回折及び化学分
析を行った。これらの結果も表2に示す。
These compacts were subjected to vacuum desilinitriding treatment under various heat treatment conditions shown in Table 2, and the resulting powders were subjected to X-ray diffraction and chemical analysis. These results are also shown in Table 2.

表2 表2から明らかように、1気圧で処理した比較例9は、
SiC等のシリコン化合物が存在するばかりでなく、未
反応のZrO□・SiO□も残存した。また低温で脱珪
処理した比較例8も未反応のZr0z・5iOz粉末が
残存した。炭素量が適切でない比較例5゜6及び7も、
ZrO□が生成したり(比較例5)、炭素が残存したり
(比較例6.7)した。
Table 2 As is clear from Table 2, Comparative Example 9 treated at 1 atm.
Not only silicon compounds such as SiC were present, but also unreacted ZrO□ and SiO□ remained. Further, in Comparative Example 8, which was subjected to desiliconization treatment at a low temperature, unreacted Zr0z.5iOz powder remained. Comparative examples 5゜6 and 7 where the carbon content is not appropriate are also
ZrO□ was generated (Comparative Example 5), and carbon remained (Comparative Example 6.7).

これに対し、この発明に従う条件で処理した適合例8〜
13はいずれも窒化ジルコニウム粉末又は窒化ジルコニ
ウム・−酸化ジルコニウム固溶体粉末を高純度で製造す
ることができた。
On the other hand, conforming examples 8 to 8 treated under the conditions according to the present invention
All of No. 13 were able to produce zirconium nitride powder or zirconium nitride/zirconium oxide solid solution powder with high purity.

(発明の効果) か(してこの発明によれば、高純度の炭化ジルコニウム
粉末及び窒化ジルコニウム粉末を分離工程の必要なしに
簡便かつ効率良(大量生産することができる。
(Effects of the Invention) According to the present invention, high-purity zirconium carbide powder and zirconium nitride powder can be produced easily and efficiently (in large quantities) without the need for a separation process.

またこの発明では、炭化ジルコニウム・−酸化ジルコニ
ウム固溶体粉末及び窒化ジルコニウム・−酸化ジルコニ
ウム固溶体粉末も、炭化ジルコニウム粉末、窒化ジルコ
ニウム粉末同様に分離工程の必要なしに簡便かつ効率良
く大量生産することができる。
Further, according to the present invention, zirconium carbide-zirconium oxide solid solution powder and zirconium nitride-zirconium oxide solid solution powder can be easily and efficiently mass-produced without the need for a separation process, similar to zirconium carbide powder and zirconium nitride powder.

さらにこの発明では、上記の固溶体粉末を製造する場合
に、ジルコン粉末と炭素含有物との配合割合を変化させ
ることによって炭化ジルコニウム又は窒化ジルコニウム
と一酸化ジルコニウムとの比率を容易に変更することが
できる。
Furthermore, in the present invention, when producing the above solid solution powder, the ratio of zirconium carbide or zirconium nitride to zirconium monoxide can be easily changed by changing the blending ratio of zircon powder and carbon-containing material. .

特 許 出 願 人 川 崎 製 鉄 株 式 %式%Special permission Out wish Man river Saki made iron KK formula %formula%

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 1.ジルコン粉末と炭素含有物とを、ジルコン粉末中の
SiO_2に対する炭素含有物中の炭素のモル比(C/
SiO_2)が2.3〜4.5を満足する割合にて混合
し、得られた混合物をそのまま又は成形体にしたのち、
減圧下の非酸化性雰囲気中において1200〜2000
℃の温度範囲で熱処理を施し、しかるのち粉砕すること
を特徴とする炭化ジルコニウム系セラミック粉末の製造
方法。
1. The zircon powder and the carbon-containing material are mixed at a molar ratio of carbon in the carbon-containing material to SiO_2 in the zircon powder (C/
SiO_2) is mixed at a ratio that satisfies 2.3 to 4.5, and the resulting mixture is made into a molded body or as it is, and then
1200-2000 in a non-oxidizing atmosphere under reduced pressure
1. A method for producing zirconium carbide-based ceramic powder, which comprises heat-treating in a temperature range of °C and then pulverizing.
2.ジルコン粉末と炭素含有物とを、ジルコン粉末中の
SiO_2に対する炭素含有物中の炭素のモル比(C/
SiO_2)が2.3〜3.5を満足する割合にて混合
し、得られた混合物をそのまま又は成形体にしたのち、
減圧下の窒化性雰囲気中において1200〜2000℃
の温度範囲で熱処理を施し、しかるのち粉砕することを
特徴とする窒化ジルコニウム系セラミック粉末の製造方
法。
2. The zircon powder and the carbon-containing material are mixed at a molar ratio of carbon in the carbon-containing material to SiO_2 in the zircon powder (C/
SiO_2) is mixed at a ratio that satisfies 2.3 to 3.5, and the resulting mixture is made into a molded body or as it is, and then
1200-2000℃ in a nitriding atmosphere under reduced pressure
1. A method for producing zirconium nitride ceramic powder, the method comprising heat-treating the powder at a temperature within the range of 100 to 100 ml, and then pulverizing the powder.
3.熱処理が、0.01〜0.6気圧下における、13
50〜1550℃の温度での第1段熱処理及び1550
〜2000℃の温度での第2段熱処理とからなる請求項
1又は2記載の製造方法。
3. 13 where the heat treatment is at 0.01 to 0.6 atm.
First stage heat treatment at a temperature of 50-1550 °C and 1550 °C
The manufacturing method according to claim 1 or 2, comprising a second stage heat treatment at a temperature of -2000C.
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